2-4-2 谐波的复合波形
(1) 与正弦波叠加接近数字波形

数字信号波形及其包括的谐波是如何相互关联的?图2-4-3显示了将低次谐波与基波相加时波形的变化。可以发现,随着加上各个谐波,原基波的正弦波形越来越接近矩形波。

(2) 高次谐波对波形的影响小

相反,当从理想的矩形波减去高次谐波时,波形越来越接近正弦波。但是,变化很小。例如,图2-4-4显示了从叠加到第17次谐波上的波形中依次减去超高谐波后的波形。

(3) 占空50%的波形具有很强的奇次谐波

当形成占空比为50%的波形时,仅叠加奇次谐波。如果形成的波形不具有50%的占空比,也需要章节2-4-5所述的偶次谐波。此处的占空比指的是一个循环中信号电平“高”的比例。

在现实世界的波形中,占空比不可能正好为50%。所以,偶次谐波也包括在内了,如图2-4-1所示。

Harmonics and signal waveform (1): Adding lower-order harmonics

图2-4-3 谐波和信号波形(1): 加上低次谐波

Harmonics and signal waveform (2): Cutting off higher-order harmonics

图2-4-4 谐波和信号波形(2): 减去高次谐波

(4) 通过减去高次谐波降低噪声

前已述及,数字信号谐波中相对较低的频率(低次)成分对保持信号波形很重要,而较高的频率(高次)成分则不太重要。

但是,如章节2-3-6“信号中的谐波”所述,高次谐波具有更高的频率,因而具有容易发射和造成噪声的性质。因此,通过在不对信号波形造成任何问题的范围内消除高次谐波来抑制噪声。通常最多保留第3倍到第7倍的谐波,并消除比这大的所有谐波。图2-4-5显示了使用低通滤波器消除谐波时波形和噪声的测量结果。去除谐波之后,数字信号的波形具有这样的圆角而不是合适的方角。

(5) 通过信号EMI静噪滤波器消除谐波

信号EMI静噪滤波器正是用于此目的的滤波器。在图2-4-5中,20MHz信号使用了截止频率为150MHz的EMI静噪滤波器。因此,图(b)中的波形最多包括7次谐波(140MHz)。EMI静噪滤波器将在后续章节中进一步讲述。

Example of signal waveform and noise from which harmonics have been removed by EMI suppression filter

图2-4-5 已通过EMI静噪滤波器消除谐波的信号波形和噪声的示例


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